Почему нагретый воздух поднимается в более холодном
Перейти к содержимому

Почему нагретый воздух поднимается в более холодном

  • автор:

2. Состав и свойства воздуха

Больше всего в воздухе азота . Много в нём кислорода . Есть углекислый газ и водяные пары . В небольших количествах в воздухе содержатся и некоторые другие газы. В воздух попадают также пыль и вредные вещества, которые выбрасывают фабрики и заводы.

Свойства воздуха

Воздух газообразный. Он всегда заполняет весь объём и содержится везде, где есть пустое пространство.

Воздух упругий . Если сжать воздушный шар, а затем отпустить, то он быстро восстановит свою форму. Воздух сопротивляется сжатию.

air-2456_1280.jpg

Рис. \(1\). Воздушные шарики
Воздух прозрачный . Поэтому мы видим через него все окружающие предметы.

Воздух бесцветный .
Воздух не имеет запаха . Но в нём легко распространяются запахи разных веществ.

Воздух плохо пропускает тепло . Поэтому многие растения зимуют под снегом и не замерзают. Между холодными частицами снега много воздуха, и снежный сугроб надёжно защищает стебли и корни растений от мороза.

Используют это свойство воздуха и животные. Зимой у зверей мех становится густым и пышным. Между густыми волосками задерживается много воздуха, и животным в заснеженном лесу не страшен мороз. А птицы в морозную погоду распушают своё оперенье и так сохраняют тепло.

При нагревании воздух расширяется , а при охлаждении сжимается . Поэтому тёплый воздух легче холодного. Нагретый воздух всегда поднимается вверх. Так, воздушные шары поднимаются в небо, когда в них специальной горелкой нагревают воздух.

Почему нагретый воздух поднимается в более холодном

Конвекция

Помещая руку над горячей плитой или над горящей электрической лампочкой, можно почувствовать, что над ними поднимаются теплые струи воздуха. Небольшая бумажная вертушка, поставленная над пламенем свечи или электрической лампочкой, под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться (рис. 10). Это явление можно объяснить таким образом. Воздух, соприкасаясь с теплой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Сила Архимеда, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу вверх, больше, чем сила тяжести, которая действует на теплый воздух. В результате нагретый воздух «всплывает», поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух.
Такие же явления мы наблюдаем и при нагревании жидкости снизу. Нагретые слои жидкости — менее плотные и поэтому более легкие — вытесняются вверх более тяжелыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается. Это становится наглядным, если на дно колбы бросить несколько кристалликов марганцовокислого калия, который окрашивает струи воды в фиолетовый цвет (рис. 11). В описанных опытах мы наблюдали еще один вид теплопередачи, называемый конвекция (от лат. слова конвекцио — перенесение).
При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости. Так, например, в отапливаемой комнате благодаря конвекции поток теплого воздуха поднимается вверх, а холодного опускается вниз (рис. 12). Поэтому у потолка воздух всегда теплее, чем вблизи пола. Различают два вида конвекции: естественную (или свободную) и вынужденную. Так нагревание жидкости, а также воздуха в комнате являются примерами естественной конвекции. Вынужденная конвекция наблюдается, если перемешивать жидкость мешалкой, ложкой, насосом и т. д. Жидкости и газы следует нагревать снизу. Если их прогревать сверху (см. рис. 7, 8), то при таком способе конвекция не происходит. Нагретые слои не могут опуститься ниже холодных, более тяжелых. Следовательно, для того чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу.
Конвекция в твердых телах происходить не может. Вам уже известно, что частицы в твердых телах колеблются около определенной точки, удерживаемые сильным взаимным притяжением. В связи с этим при нагревании твердых тел в них не могут образовываться потоки вещества. Энергия в твердых телах может передаваться теплопроводностью.

Почему теплый воздух поднимается над холодным?

В неподвижном воздухе давление на постоянной высоте во всех точках одинаково. Если в каком-то месте воздух нагревается, его давление возрастает и он расширяется, пока за счет снижения плотности давление не выравняется. Но тогда оказывается, что вес воздушного столба в месте нагрева меньше, чем по соседству. Тяжелый холодный воздух начинает подтекать под нагретый, выдавливая его вверх.

По сути, этот эффект — проявление той же силы Архимеда, за счет которой дерево всплывает в воде. Если нагрев воздуха продолжится, например от горячей поверхности земли, возникнет устойчивый восходящий поток.

1. Нагревание воздуха

Энергия Солнца — главный источник тепла на Земле. Воздух свободно пропускает солнечные лучи, поэтому атмосфера напрямую нагревается очень слабо. Достигнув земной поверхности, солнечные лучи нагревают её, а нагретая земная поверхность в свою очередь отдаёт тепло в атмосферу.

Атмосфера нагревается от земной поверхности.

Более всего нагревается нижний, ближайший к земной поверхности слой атмосферы. Тёплый и лёгкий воздух поднимается вверх, а холодный и тяжёлый опускается вниз, благодаря этому прогреваются высокие слои атмосферного воздуха.

Температура воздуха зависит от:

  • угла падения солнечных лучей (географическая широта);
  • продолжительности освещения;
  • рельефа:
  • подстилающей поверхности (суша, вода);
  • в океанах — от течений.

Чем выше находится Солнце над горизонтом, тем больше угол падения солнечных лучей и тем сильнее нагреваются нижние слои воздуха. Значит, чем ближе к экватору, тем сильнее нагрев. На одной и той же широте из-за вращения Земли вокруг Солнца угол падения солнечных лучей и продолжительность освещения изменяются (зимой — меньше, летом — больше).

Вода и суша нагреваются по-разному.
Суша быстро нагревается и быстро остывает. Вода нагревается медленно и медленно остывает.

Поглощение и отражение 1.pngПоглощение и отражение 2.png

Поглощение и отражение солнечной энергии сушей и водой
Из-за разницы в нагревании суши и водоёмов температура воздуха меняется в течение года.

И на суше обширные пространства пустынь, лесов, покровных ледников нагреваются по-разному. Белые снега и льды отражают большое количество солнечных лучей. Лесная растительность повышает испарение. Песчаные и каменистые пустыни сильно нагреваются днём и быстро остывают ночью.

Существенно на температуру воздуха влияет и рельеф земной поверхности. В горах при подъёме вверх температура воздуха уменьшается. Горы преграждают путь тёплым или холодным ветрам. Равнинный рельеф, наоборот, создаёт для этого благоприятные условия. В горах с подъёмом вверх становится всё холоднее. Северные склоны гор всегда холоднее южных.

На поверхности океанов температура воздуха изменяется ещё и под воздействием тёплых и холодных течений.

Полушария.png

Распределение суши и океана

На температуру воздуха оказывает влияние и распределение площади суши и океана. В Северном полушарии эти площади более или менее одинаковы, в Южном преобладает океан. Северное полушарие теплее Южного. В Южном полушарии мало суши и огромное влияние на погоду оказывает ледяная Антарктида. Летний период в Северном полушарии длится на неделю дольше, чем в Южном.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *